汽车前纵梁高强激光拼焊板成形工艺多目标优化

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车身结构概念设计系统多目标优化模块设计

车身结构概念设计系统多目标优化模块设计
3~5 ] 。 一阶扭转振型频率, 从而达到避开共 振的 目的 [
引起其他子目标性 能 的 降 低, 同时使各子目标均达 到最优一般是不可能的。解决这样的问题需要在各 子目标之间进行协 调 权 衡 和 折 中 处 理, 使各子目标 函数尽可能达到最优。传统的多目标优化问题采用 线性加权法、 层次优化法、 目标规划法等把多目标问 题转换为单目标问题。文献 [ 7 ] 对某轿车提出了拓 扑优化和尺寸优化 两 种 结 构 优 化 方 案, 研究了在增 加较少质量的条件 下 提 高 低 阶 频 率 的 方 法, 具有指 导意义。本文采用折衷规划法结合平均频率法研究 了同时考虑车身结构刚度和低阶模态的多目标优化
板厚优化前后对比及取用值tabthicknessbeforeafteroptimizationactuallyadoptedvaluemm板件类别优化前优化后取用值200门槛纵梁外板850门槛纵梁内板400门槛纵梁加强板800地板横梁外板950地板横梁内板700地板纵梁外板800地板纵梁内板500地板纵梁加强板900顶盖后纵梁加强板800后风窗上横梁外板600后风窗上横梁内板各指标对比验证tabindexvalue参数原模型综合多目标优化验证刚度多目标优化对比白车身质量kg184888185000185032弯曲刚度nmm625341169056972755扭转刚度196722295284322181模态一阶弯曲频率hz262612648326271模态一阶扭转频率hz374363791437438中数据得到刚度模态综合多目标优化后的弯曲刚度提高59模态一阶弯曲频率提高85一阶扭转频率提高06在允许范围内本次刚度模态综合多目标优化达到了预期目的提供了最优的参数设计和改进方案
[ ( ∑ ω C ρ -C )
k k =1 k , m a x k , m i n

高强度铝合金激光拼焊板冲压成形工艺研究的开题报告

高强度铝合金激光拼焊板冲压成形工艺研究的开题报告

高强度铝合金激光拼焊板冲压成形工艺研究的开题报告1.选题背景随着近年来汽车轻量化的重要性逐渐被认识,汽车材料从传统的钢材向铝合金等高强度材料转变,以降低汽车的自重并提高燃油效率。

因此,高强度铝合金的成形技术就成为了一个热门的研究方向。

而激光拼焊在汽车轻量化的过程中,由于其快速、高效、节能等优点,越来越被工程师所认可和采用。

而激光拼焊技术在铝合金板冲压成形中的应用也获得了越来越多的研究和应用。

2.选题意义本研究旨在探究高强度铝合金激光拼焊板在冲压成形过程中的应用,探究不同激光参数和冲床参数对成形质量的影响,从而为制造商提供有效的成形工艺参数,提高汽车轻量化的水平,降低制造成本,增加汽车市场竞争力。

3.研究目标本研究的目标是采用高强度铝合金板材作为研究对象,应用激光拼焊技术进行连接,通过优化激光参数和冲床参数,实现高强度铝合金板在冲压成形过程中的高质量和高效率。

4.研究内容(1)对高强度铝合金板进行激光拼焊连接,探究激光参数对接头质量的影响;(2)分析激光拼焊板的材料性质和界面微观结构;(3)采用冲压成形工艺,在不同的冲床参数下对拼焊板材进行成形实验,探究参数的影响;(4)对成形的板料进行力学性质测试和金相分析,比较不同参数的成形效果。

5.研究方法本研究采用实验研究法和数据统计法,通过对激光拼焊技术和板材冲压成形技术的学习和研究,确定激光参数和冲床参数,通过实验和成形,对不同参数下的成形质量进行数据统计和分析,比较不同参数的优劣,最终得出最佳的成形工艺参数。

6.预期成果本研究预期能够确定高强度铝合金板激光拼焊冲压成形的最佳参数,实现高质量、节能、高效率的汽车材料成形工艺。

预期成果将有利于推动汽车轻量化发展,提高我国制造业的竞争力。

汽车车身用高强度镀锌钢板的激光搭接焊工艺研究.

汽车车身用高强度镀锌钢板的激光搭接焊工艺研究.

摘要:本文分析了汽车用钢的发展方向,指出高强度镀锌钢板将在汽车车身结构中得到广泛应用。

通过分析双相(DP系列高强度镀锌钢板焊接中存在的问题,指出激光焊接的重要性。

最后,研究了高强度镀锌钢板激光搭接焊的工艺技术。

结果表明,采用双束激光和中间夹层工艺焊接高强度镀锌钢板可以得到良好力学性能的搭接焊缝,其焊接过程平稳、无飞溅且焊缝表面美观。

关键词:汽车车身高强度镀锌钢板激光搭接焊中图分类号:U463.82.06 文献标识码:A汽车车身用高强度镀锌钢板的激光搭接焊工艺研究华中科技大学工程实训中心周世权任方杰赵轶东风汽车有限公司技术中心彭振国1 激光搭接焊工艺因为汽车性能要向低油耗、安全和耐候性方向发展,所以要求汽车减轻自重,提高材料强度,耐大气腐蚀性能要好。

当钢板厚度从1.5 mm减到1.0 mm时,质量减轻15% 30%,因此在当前和今后的很长时间内,汽车生产的发展趋势是减少钢板的厚度,提高钢板的力学性能。

首先,在美国和加拿大于2000年成立专门研究组织“Auto21”,开展汽车轻量化的5年研究计划。

其中,汽车用高强度钢板主要研究DP钢和TRIP钢在汽车车身结构中的应用,包括焊接性和冲压性研究。

钢板厚度减薄到0.7 1.0 mm,为保证良好的耐腐蚀性,这些钢板通常是热镀锌(Hot Dip Galvanized钢板和镀锌热扩散(Galvan annealed钢板。

然而, 镀锌层对焊接性能影响严重,汽车车身生产中常用的电阻焊工艺很难保证其良好的焊接质量,主要问题是锌对铜电极的腐蚀可导致电极过早损坏;焊缝锌蒸发引起金属飞溅可导致焊缝性能不稳定[1]。

通过对对接接头的激光拼焊研究,发现激光焊的热影响区很小,焊缝性能高,焊后冲压不开裂[2]。

因此, 高强度镀锌钢板激光拼焊优先在汽车车门等零件焊接-冲压结构中得到应用[3]。

由于激光拼焊对装配质量要求非常高,所以大多数车身结构仍然采用搭接结构,激光焊接高强度镀锌钢板搭接焊缝时,由于激光的加热速度极高,导致板缝贴合面处的镀锌层快速蒸发,形成几个大气压的压力,一旦上板熔化,高压锌蒸汽就会突然冲出,导致焊缝金属飞溅、气孔等缺陷,焊缝性能下降且外观质量变差。

激光拼焊板工艺介绍

激光拼焊板工艺介绍

SOUKA® 缝隙 碾压对合装置
SOUVIS® 2 焊 缝上下几何外形 检测摄像头
SOUVIS® 3 局部 缺陷探测摄像头
Soudronic拼焊机质量监控系统
SOUVIS 2000 在线不 间断质量监控系统
监控功能:
SOUVIS® 1 摄像头
SOUVIS® 2 摄像头
缝隙实际位置
缝隙余留间隙
基板对齐情况
门内板
B柱(14%)
门内板
增加安全性(降低车身重量)
激光拼焊板可以提高: 强度 疲劳 吸能 防腐
减少零件的数量(通过材料的合理选择降低采购成本)
纵梁
中立柱
减少汽车厂的成本和设备投入
成型性能更加稳定(反弹) 功能集成、工序减化 落料、冲压、总装设备投入减少(内部物流) 利于汽车回收
(4)满足汽车对宽幅板的要求
(5)提高生产效率
二、激光拼焊板的特点
所以激光拼焊板能够很好的解决以下问题: 减重 增加安全性 减少零件的数量 减少汽车厂的生产流程 减少汽车厂的成本和设备投入 度身定作
减重(降低油耗、提高车速)
在相同强度的情况下,激光拼焊板可以很好的减轻重量。
1.2kg of weight saving (33%)
保持很好的接触,直线度约为厚度的5%; 剪切断面形状; 剪切质量高且焊接面必须保持清洁; 板形;
产品规格
Soudronic拼焊机质量监控系统 SOULAS® 核心技术优势
焊接穿梭装置
SOUVIS® 1 缝隙跟踪与 激光光束导 向摄像头
一体式焊接工 激光聚焦头 艺控制装置
精密夹紧与磁性定位装置
激光拼焊板在车身上的应用
中立柱 B柱连接件
行李箱加强板 行李箱内板

车用高强钢激光焊接工艺参数优化

车用高强钢激光焊接工艺参数优化

车用高强钢激光焊接工艺参数优化冯艳鹏;朱加雷;焦向东;石庭深;张永明;杨宝林;马铭言【摘要】激光焊接可以实现能量输入连续变化,对薄板焊接优势突出.焊接效果受激光功率、焊接速度、离焦量、气体保护等因素影响.为快速确定高强钢的最佳焊接参数,采用正交试验设计方法,分别分析各因素水平下对接和搭接焊接接头的抗拉伸和抗剪切性能指标.通过方差分析,确定最佳工艺参数的参考值,再结合焊缝形貌,确定最终优化参数.实验表明,针对1 mm厚的DP590高强钢板,当激光功率1.8 kW、焊接速度25 mm/s、正离焦量2 mm时对接焊质量最优;激光功率2.2 kW、离焦量-2 mm、焊接速度15 mm/s时搭接焊质量最优.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2015(045)010【总页数】4页(P30-33)【关键词】车用高强钢;激光焊接;正交试验;力学分析【作者】冯艳鹏;朱加雷;焦向东;石庭深;张永明;杨宝林;马铭言【作者单位】北京石油化工学院机械工程学院,北京102617;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617【正文语种】中文【中图分类】TG456.7DP590高强钢的微观组织主要为铁素体和马氏体,并且马氏体组织以岛状弥散分布在铁素体机体上。

铁素体使高强钢具备较好的成形性,马氏体使其具有较高的强度。

与普通高强钢相比,DP590高强钢成分控制更加精确、机械性能更加稳定、具备更好的成形性能,在汽车工业领域具有很好的应用前景。

激光焊接具有焊接速度快、热输入可控、焊后变形小、焊接参数稳定便于自动化控制等优点,除此之外,激光焊接过程中产生的小孔效应和壁聚效应能大大改善激光与物质的相互作用,增大焊缝的深宽比,更重要的是,焊接过程中激光对焊缝有净化效应,使焊缝中的有害元素大大减少,表面更加光洁[1-2]。

基于仿真技术的车辆前纵梁耐撞性多目标结构优化分析

基于仿真技术的车辆前纵梁耐撞性多目标结构优化分析

基于仿真技术的车辆前纵梁耐撞性多目标结构优化分析
阚飞;郭旭侠
【期刊名称】《汽车测试报告》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】汽车前纵梁是车辆正面碰撞中最关键的支撑及吸能部件。

该文以某SUV 的前纵梁为研究对象,建立整车碰撞模型,根据薄壁梁特性建立简化的前纵梁碰撞模型,对前纵梁耐撞性进行多目标优化。

以仿真试验结果为参考依据,选取前纵梁厚度、诱导槽位置、诱导槽深度为正交试验因素,设计L9(34)正交试验表,以纵梁载荷峰值、最大吸能量为优化目标,通过矩阵分析法,计算各因素及水平对优化目标的权重系数,得到最优结果。

结果显示,所设计模型较原模型的整车耐撞性得到进一步提高。

【总页数】3页(P149-151)
【作者】阚飞;郭旭侠
【作者单位】宝鸡文理学院
【正文语种】中文
【中图分类】U46
【相关文献】
1.基于耐撞性的汽车八边形前纵梁设计的拓扑优化方法
2.基于汽车轴向耐撞性的前纵梁设计与优化
3.基于响应面法的薄壁梁耐撞性多目标优化
4.前纵梁耐撞性研究
及其多目标优化5.基于耐撞性的汽车钢铝混合帽型前纵梁开发研究
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汽车纵梁加强板成形工艺优化与模具设计

•冲模技术•汽车纵梁加强板成形工艺优化与模具设计李彩娟,程阿苗,詹卓,张玲玲,张会军陕西黄河工模具有限公司(陕西西安710043)【摘要】介绍了汽车纵梁加强板的特点及其成形工艺,并将两种制件的成形工艺进行了对比分析。

介绍了两种制件成形模的结构设计要点和控制制件回弹的方法,并进行对比分析。

优化后的制件工艺可靠,模具结构稳定,既缩短了生产周期,又节约了生产成本,对此类制件的开发及模具设计具有一定的借鉴意义。

关键词:受力结构件;成形工艺;高强度钢;回弹控制中图分类号:TG385.2文献标识码:BDOI:10.12147/ki.l671-350&2019.09.006Forming Process Optimization and Die Design of StrengthenedPlate for Automobile Longitudinal Beam[Abstract]The characteristics and forming process of automobile longitudinal beam reinforcement plate are introduced,and the forming process of the two products is compared and analyzed.The structural design points of two kinds of product forming dies and the methods of controlling product springback are introduced and compared.The optimized product process is reliable and the die structure is stable,which can save cost and meet the production requirements.It has a strong reference significance for the die design of such parts.Key words:forced structural parts;forming process;high-strength steel;springback control1引言纵梁承载着车身的大部分重量,并吸附着绝大部分撞击能量,是汽车上不可或缺的受力结构件。

基于回弹控制的汽车横梁拉延成形工艺多目标优化研究


基 于 回弹控 制 的汽 车横 梁 拉 延 成 形 工 艺 多 目标 优 化 研 究
郑 超 , 刘全 坤 , 胡龙 飞 , 刘 克 素
( 合肥工业大学 材料科学与工程学 院, 安徽 合肥 200) 3 0 9

要: 为研 究工艺参数对板料成形及 回弹过程的影响 , 文章 以某 汽车横梁为研究对象 , 结合均匀设计与响应
nfn t fba k t c n s i b l b o iig u i r d in a d rs o s u fc to oo y i ni o ln h k e s u t y c mbnn nf m e g e p n e s ra e meh d lg . o y i s i o s n
( c o lo a eilS in ea d En i e ig,H ee ie st fTe hn lg S h o fM tra ce c n gne rn fiUnv riy o c oo y,Hee 0 0 fi 23 0 9,Chna i )
Abta tI r e osu yt eif e c f r cs a a tr nt esa pn n p ig ak o h e tl src:no d rt t d l n e0 o esp r meeso h t h nu p m iga ds r b c f etmea , n s
o t l ouinrtn o tae dt e h rn n t nb s do h c etcmiu ea o td p i lt -ee t n srtg a aigf ci a e nt en h et q e d p e .Th — ma s o i y n h s u o i r a ePa rt p m l ouin r b an da d test fco y s lt ni eetdb e nn h a sa tr e re eoo t i a lt saeo t e h ai atr u o slce yd f g t est fco d g e s o i n s o i s i i i y fn t n Th lt n i t t e sn h E o p o et e a albl y o p i zt n,a d t er s l u ci . o es u o s e i d u ig t e F M t r v h v a it fo t a i o i s f i i i mi o n h eu t s s o t a h mo n fs r g ak o h r s lb ri cn r U de e t e . h w h tt ea u to p i b c fteco smet e o to e f ci l n l s v y

基于多目标离散优化方法的高强度钢拼焊板的耐撞性研究

基于多目标离散优化方法的高强度钢拼焊板的耐撞性研究孙光永;王涛;田轩屹;康贺贺
【期刊名称】《中国科技论文》
【年(卷),期】2016(011)004
【摘要】为提高高强度钢拼焊板结构的设计水平及可信度,提出一种基于多目标优化技术和连续正交方法的多目标离散优化设计方法,并将其应用于拼焊板结构件耐撞性设计中。

首先建立了拼焊板结构的正碰有限元模型,并对比了3种不同拼焊组合条件下有限元仿真模型与试验的加速度时间曲线以及拼焊结构的变形模式,验证了有限元模型的准确性。

然后,基于上述拼焊板结构碰撞有限元模型,采用提出的优化设计方法对高强度钢拼焊板的耐撞性进行了优化设计,优化后的结构在比吸能(SEA)满足约束条件的同时,峰值力下降49.2%,质量下降9.84%。

优化结果表明,该设计方法能够较大地提高高强度钢拼焊板的耐撞性设计水平,具有较高的工程应用价值。

【总页数】7页(P438-443,448)
【作者】孙光永;王涛;田轩屹;康贺贺
【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082
【正文语种】中文
【中图分类】TH142.1
【相关文献】
1.普通钢与高强度钢激光拼焊板数值模拟比较研究 [J], 李慧敏;郭伟刚
2.基于区间离散解产生器的r决策变量区间离散多目标优化方法 [J], 李二超;张建军
3.基于高强度钢选型及成本控制的车顶结构耐撞性优化设计 [J], 陈新;雷飞;陈国栋;官凤娇
4.基于多目标离散优化方法的高强度钢拼焊板的耐撞性研究 [J], 孙光永;王涛;田轩屹;康贺贺
5.高强度钢-普通钢拼焊板热冲压成形机理研究 [J], 洪磊;贺文;刘红生
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满足可靠性要求的轻量化车身结构多目标优化方法_谢然

(1. School of Mechanical & Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640; 2. Guang dong Provincial key Laboratory of Automotive Engineering, Guangzhou 510640; 3. Automotive Engineering Institute of Geely, Hangzhou 311200)
ugu + βσ gu ≤ 0
(4)
式中, β 为满足可靠性设计要求 R 的可靠性指标,
若为 6,则为 6σ 设计。常常采用可靠性要求对设计 变量的灵敏度的最小化来降低目标函数对设计参数
的敏感性,如式(5)所示
∑ min f ( X ) =
n ⎛ ∂R ⎞2
i =1
⎜ ⎝
∂xi
⎟ ⎠
(5)
上述优化设计模型的求解,往往需要计算目标
0 前言
1
车身结构轻量化设计必须保证车身结构的模
* 科技部国际科技合作(2008DFB50020)和中央高校基本科研业务费专 项资金(2009220002)资助项目。20100512 收到初稿,20101104 收到修 改稿
态、刚度、强度及疲劳、NVH 和碰撞安全性能,以 及零件的冲压成形性能不恶化。对于车身结构轻量 化设计这样的多目标优化问题,传统的通过加权组 合、目标规划、功效系数等将多目标转化为单目标 优化问题来处理的方法要求有很强的先验知识[1]。 由于遗传算法可以并行地搜索解空间的多个解,并 能通过交叉、变异提高并发求解效率,与 Pareto 最
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第43卷 第2期2015年 2月 华中科技大学学报(自然科学版)J.HuazhongUniv.ofSci.&Tech.(NaturalScienceEdition)Vol.43No.2 Feb. 2015DOI:10.13245/j.hust.150210收稿日期 2014‐06‐13.作者简介 周 杰(1965‐),男,教授,E‐mail:1069687744@qq.com.基金项目 国家自然科学基金面上资助项目(51275543).汽车前纵梁高强激光拼焊板成形工艺多目标优化周 杰 罗 艳 王 珣 戴 洪(重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)摘要 针对前纵梁高强激光拼焊板成形过程中出现的破裂和回弹变形量大的缺陷,对其成形过程建立了基于整件评估的破裂和回弹目标函数.以压边力、拉延筋阻力系数和凹模口圆角半径为优化变量,通过中心复合实验设计和模拟仿真,构建了反映优化目标和优化变量间关系的回归模型,并采用基于遗传算法的多目标优化技术对工艺参数进行自适应寻优,得到一组综合最优解.经有限元模拟验证和生产实践,结果表明:拉裂情况消除,回弹情况显著减小.关键词 汽车;高强激光拼焊板;中心复合实验设计;仿真;遗传算法;多目标优化中图分类号 TG386.41 文献标志码 A 文章编号 1671‐4512(2015)02‐0045‐05Multi‐objectiveoptimizationofstampingformingprocessforTWBZhouJie LuoYan WangXun DaiHong(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)Abstract Inviewofthefractureandspringbackinthehighstrengthlasertailor‐weldedblankets(TWB)formingprocess,thefractureandspringbackobjectivefunctionswereestablished.Consider‐ingblank‐holdforce,drawbeadresistancecoefficientandmatrixradiusasoptimizedvariables,thenthroughcentralcompositedesignandsimulation,regressionmodelreflectingtherelationshipbetweentheoptimizedtargetandvariableswasestablished.Basedonthiscondition,usingmulti‐objectiveopti‐mizationtechnologyaccordingtogeneticalgorithm,theoptimizedtargetparametersoffractureandspringbackwereobtained.Thesimulationandactualproductionresultsshowthatthecrackingprob‐lemcanbeeffectivelyeliminatedandthespringbackissignificantlyreduced.Keywords vehicle;tailor‐weldedblankets(TWB);centralcompositeexperimntaldesign;simula‐tion;geneticalgorithm;multi‐objectiveoptimization 高强激光拼焊板以其在减重、节能减排等方面的优势,应用于汽车制造业取得了巨大的经济效益和社会环境效益,因此在国产汽车制造中也开始逐步推广.然而在冲压成形过程中,由于两侧基板成形性能差异及焊缝的不利影响,更易出现拉裂和不均匀回弹等一系列质量问题.其中以汽车纵梁类件拼焊板成形中的特殊回弹和拉裂问题最为显著和复杂,这也成为国内业界在推广应用高强激光拼焊板过程中的一个难点[1‐2].本文针对某型号汽车纵梁差厚激光拼焊板冲压成形过程中出现的拉裂和回弹缺陷,采用响应面法和遗传算法多目标优化技术对工艺参数进行自适应寻优,得到一组综合最优解.经有限元模拟验证和生产实践结果表明拉裂情况消除,回弹情况显著减小.1 成形过程回弹分析本文研究的是采用JSC590R镀锌高强板为基板材料,厚板料厚度为1.4mm,薄板料厚为1.0mm的汽车纵梁类差厚激光拼焊板多工步冲压成形回弹情况.在模拟仿真中充分考虑每个冲压成形工步后的卸载回弹累积过程来提高最终的回弹预测精度,各工序回弹情况如图1所示.图1(a)为拉延成形后的卸载回弹结果,可见回弹最大处发生在零件两侧压料面边缘部分[3‐4].将前一工序拉弯成形卸载分析后的结果作为后一道工序的初始板料,进行冲孔切边模拟仿真,再对其进行卸载分析.图1(b)即为冲孔切边后的回弹分析结果,由图可见冲孔切边后的零件边缘回弹程度较大,并且薄板侧大部分区域,包括顶部平面均发生了较大的回弹.利用相同的模拟分析方法,对第三道工序冲孔分离进行卸载分析,结果如图1(c)所示.由图可见:薄板侧端口和法兰边板料有进一步的位移变化,其余部分变化不大[5‐6].(a)(b)(c)图1 各工序回弹情况2 多目标优化设计2.1 优化变量的选取根据经验和文献[7]选取压边力、拉延筋阻力和凹模圆角半径为优化变量,其余参数均设置为经验值.拉延筋阻力为模拟确定的总锁模力,因而对阻力系数进行优化,凹模圆角以凹模口处圆角半径为控制变量.分别定义压边力为x1,厚板处拉延筋阻力系数为x2,薄板处拉延筋阻力系数为x3,凹模圆角半径为x4.2.2 目标函数的建立目标函数是对具体成形质量进行评判的指标,选取表征破裂和回弹的指标来构建目标函数.以图2所示的成形极限示意图为基础,根据Hill‐图2 缺陷目标函数的定义犿犪狀狀等人[8]对破裂成形极限曲线的定义,构建表征破裂的目标函数如下f=∑ki=1(ε11-ψ(ε12))2 (ε11>ψ(ε12));0 (ε11≤ψ(ε12)),式中:ε1为主应变;ε2为次应变;ψ(ε2)为成形极限曲线;f为破裂目标函数.从可行性、直观性等方面考虑,采用基于整个成形件上所有节点的平均位移偏差的方式来构建回弹目标函数,s=∑NK=1Δl2/N,式中:N为评测节点个数;s为回弹目标函数;Δl为对应节点的位移偏差.所测位移偏差为对应节点在三道工序的卸载分析后位移偏差的累积,其数据经由Matlab编程处理后用作计算.2.3 代理模型构建和精度分析采用多项式响应面法(responsesurfacemethodology,RSM)对破裂和回弹两个目标与优化变量间的响应关系进行代理模型构建,且采用旋转型中心复合实验设计(centercompositede‐sign,CCD)对设计空间作样本规划[9].为了选取合理的变量水平,须要做一些预试验来考察各变量对破裂和回弹目标的影响趋势.压边力x1初步计算为75×104N,低于这个值时,成形不充分[3],因此考虑逐步加大.拉延筋高度一般为2~8mm[7],结合前面确定的x2和x3,通过换算,确定薄板侧拉延筋阻力系数x3为9.76%~34.40%,而厚板侧因为材料流动阻力较大,因此设置的拉延筋阻力系数x2相对较小一些.同样,由常用的板材成形工艺设计规范[10]凹模口圆角半径x4一般取值为6t~10t(其中t为板料厚度).各变量的5个水平设计示于表1(-α,-1,0,+1,+α均为编码),试验结果示于表2.表1 优化变量取值水平优化变量水 平-α-10+1+αx1/(104x2/%2.51017.52532.5x3/%1520253035x4/mm68101214 通过对实验设计结果分析,采用二阶多项式回归模型[10]作为逼近真实函数y的拟合函数,即 y=F(x)=a0+∑4i=1aixi+・64・ 华中科技大学学报(自然科学版) 第43卷∑4i=1aiix2i+∑4j=1aijxi,式中:xi(i=1,2,3,4)为变量;a0,ai,aii,aij为回归系数.表2 中心复合试验方案及试验结果试验号水平编码值x1x2x3x4试验结果fs/mm1-1-11-10.39881.18702-11-1-10.77051.102030-α000.19201.52074-1-1110.04332.0839500α01.42541.4368…2611111.95871.80752700000.03950.42662800000.03950.42662900000.03950.4266301-1-1-10.79621.1204 根据试验设计点数据,利用上述方法分别求得各目标函数的未知系数,得到二阶响应面模型: f=15.25796-0.098720x1-0.20627x2-0.50442x3-0.68134x4+1.02760×10-3x1x2+5.52682×10-4x1x3+1.86075×10-5x1x4+6.42103×10-4x2x3+9.01667×10-5x2x4+1.56300×10-4x3x4+4.27922×10-4x12+3.97053×10-3x22+9.27015×10-3x23+0.028638x24;(1) s=18.46734-0.079174x1-0.14415x2-0.45885x3-1.62104x4-4.47780×10-4x1x2+3.2108×10-4x1x3+2.52450×10-4x1x4+1.15540×10-3x2x3+1.75667×10-4x2x4-0.011476x3x4+3.60944×10-4x12+4.19057×10-3x22+0.010337x23+0.10789x24.(2) 为了考察模型的可信度,首先通过方差分析对拟合模型及其系数的P值作显著性检验.若拟合模型系数的P<0.05,说明结果可信,拟合方程具有统计意义,即该分项对响应目标具有显著性效应.若拟合模型系数的P≥0.05,则为不显著.破裂拟合模型和回弹拟合模型的方差分析结果表明:模型的P<0.0001,说明拟合方程(1)具有显著相关性,拟合方程(2)也具有极显著的相关性.响应曲面模型精度主要由复相关系数R2和修正的复相关系数R2adj值来决定,一般范围为[0,1],越接近1,回归模型拟合精度越好.对式(1)和(2)中响应面模型进行误差评估,结果表明:两个回归模型的R2和R2adj均接近1,表明拟合模型精度较高;而均方根误差也很小,表明两个回归模型的外推稳健性好,可以用于真实模型的替代.2.4 试验结果分析图3为破裂目标函数关于x2和x1的响应面 (a)响应面(b)等高线图3 破裂目标函数关于x2和x1的响应面和等高线图和等高线图.由图可见:破裂目标函数f随拉延筋阻力系数x2和压边力x1的减小均呈弧形减小,并且当x2较小时,f在压边力变化范围内的整体值都较小,而当x2较大时,f随压边力的变化才比较显著,可见拉延筋阻力对板料承受应力的改善起主导作用,其次才是压边力.图4为破裂目标函数关于x3和x1的响应面和等高线图.由图中可见:破裂目标函数f随拉延筋阻力系数x3的减小呈先减小后增大的弧形变化趋势,随压边力x1减小而减小,这种情况是因为合适的拉延筋阻力有助于改善材料的流动,减少应力集中,同时提高塑性变形程度,但过大的拉延筋阻力使材料流动困难,从而使板料易裂,过小的拉延筋阻力不能起到改善材料应力集中的作用,也使板料易裂,而该成形件薄厚板两侧拉深高度的起伏须要选取合适的拉延筋阻力来改善材料流动. (a)响应面(b)等高线图4 破裂目标函数关于x3和x1的响应面和等高线图图5为回弹目标函数s关于x2和x1的响应・74・第2期 周杰,等:汽车前纵梁高强激光拼焊板成形工艺多目标优化 (a)响应面(b)等高线图5 回弹目标函数关于x2和x1的响应面和等高线图面和等高线图,图中,s分别随拉延筋阻力x2和压边力x1的增大而先减小后略增大,但总体来说,是呈下降趋势的.这是由于板料塑性变形随压边力和拉延筋阻力的增加而增加,有利于减小应力偏差,因而减小回弹,但当压边力和拉延筋阻力增大到一定程度,材料的局部应力不均匀程度也会有一定的增加,从而使回弹有所加大.图6为回弹目标函数s关于x4和x3的响应面和等高线图,图中,回弹目标函数s随着凹模口圆角半径x4的增大呈弧形显著增大,随拉延筋阻力系数x3的增大而先减小后增大.由此可见:虽然圆角半径x4的增大有助于改善材料局部应力集中情况,但是同时塑性变形程度减小,并且塑性变形程度减小导致的回弹增大占主导作用.这里的x3对回弹的影响与前面所说的x2对回弹的影响同理.通过比较发现破裂目标和回弹目标对各变量的响应是矛盾的,因此有必要对此优化问题进行多目标综合寻优. (a)响应面(b)等高线图6 回弹目标函数关于x4和x3的响应面和等高线图2.5 基于Pareto解的多目标遗传算法寻优本文以x为优化变量集,将多目标优化问题抽象为一个数学模型[11]:minF(xi)=(f,s);s.t.50×104N≤x1≤150×104N;2.5%≤x2≤32.5%,10%≤x3≤50%,6mm≤x4≤14mm,式中xi(1,2,3,4)为优化变量.根据上述模型,利用NSGA‐II程序进行迭代优化,取初始种群规模为120,交叉率和变异率分别为0.7和0.03,经过163次迭代后获得一组Pareto前沿解集,剔除一些偏离太远的点,剩余解集如图7所示.根据实际中的需求,拉裂情况必须避免,因此选取P点处为综合最优解.提取P点处的优化参数解为:x1=95.6898×104N,x2=14.4252%,x3=24.2030%,x4=10.1973mm,分别圆整后最终取值为:x1=100×104N,x2=15%,x3=25%,x4=10mm.将多目标优化后的工艺参数用于有限元模拟,所得优化后成形效果与优化前的成形模拟相比,局部圆角的拉裂现象得到解决,切边后的成品件整个区域内几乎无明显起皱现象.对优化后的拉弯成形继续进行分步冲孔切边及各工序后的卸载回弹分析,与优化前的回弹分析结果对比可知,经多目标优化后的参数组合使得回弹分析结果明显改善.分别比较零件工艺参数优化前后的回弹最大点处的位移,并根据平均回弹目标函数计算各自的平均回弹量,结果示于表3中.可见优化后的回弹结果能满足要求.表3 优化前后回弹量对比mm最大回弹量平均回弹量优化前6.50721.7259优化后1.39240.42363 实验验证根据优化参数组合进行试模试验,设置压边力为100t,主缸压力为230t,各工序模具闭合高度依次为920,800,800和796mm,冲压速度为1m/s,试冲出的最终零件形状如图7所示.图7 试验生产零件・84・ 华中科技大学学报(自然科学版) 第43卷对试模生产出的样件进行检具夹持检测,发现回弹偏差显著减少,但仍有部分存在一定的超差.因此为了更准确地检测回弹的偏差量和分布,从而高效地进行补偿,采用白光扫描进行最终回弹后型面数据的采集,经与设计产品三维模型匹配、分析后可知零件的回弹基本都已控制在偏差允许范围.针对汽车纵梁类差厚激光拼焊板多工步冲压成形过程中的破裂和回弹情况,对原有冲压成形工艺参数进行多目标优化分析,得到冲压成形工艺参数的最优组合,并建立了多目标优化回归模型.该方法大大减小了成品报废率,经济效益十分显著,为该类产品的生产提供了指导意义.参考文献[1]李淑慧,林忠钦,倪军.拼焊板在车身覆盖件冲压成形中的研究进展[J].机械学报,2002,38(2):1‐7.[2]姜银方.拼焊板冲压成形研究的现状和发展趋势[J].汽车工程,2003,25(4):410‐415.[3]GanW,WagonerRH.Diedesignmethodforsheetspringback[J].InternationalJournalofMechanicalSciences,2004,46(7):1097‐1113.[4]SunHoChang.Springbackcharacteristicsofthetai‐lor‐weldedstripsinU‐bending[J].JournalofMateri‐alsProcessingTechnology,2002,13(3):14‐19.[5]SeoDG.Springbackcharacteristicsoftailor‐weldedstripsinU‐drawbending[J].MetalsandMaterialsInternational,2003,9(6):571‐576.[6]MehmetF,BilginK,OrhanE.Sheetmetalforminganalyseswithanemphasisonthespringbackdeforma‐tion[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2008,196(1):135‐148.[7]MeindersT,BergJ.Deepdrawingsimulationsoftai‐loredblanksandexperimentalverification[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2000,103:65‐73.[8]HillmannM,KubliW.Optimizationofsheetmetalformingprocessesusingsimulationprograms[J].Numisheet,1999,99:287‐292.[9]IrfanK,ChrisAM.Aresponsesurfacemethodbasedonweightedregressionforstructuralreliabilityanaly‐sis[J].ProbabilisticEngineeingMechanics,2005,20(1):11‐17.[10]AllaixDL,CarboneVI.Animprovementofthere‐sponsesurfacemethod[J].StructuralSafety,2011,33(2):165‐172.[11]CarlosM,Fonseca,PeterJ.Multiobjectiveoptimi‐zationandmultipleconstrainthandlingwithevolu‐tionaryalgorithms,partI:aunifiedformulation[J].IEEETransactionson,1998,28(1):26‐37.・94・第2期 周杰,等:汽车前纵梁高强激光拼焊板成形工艺多目标优化 。

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